《化工热力学》教学中的几点体会

2022-10-09

《化工热力学》是化工过程研究、开发与设计的理论基础, 是化学工程与工艺类专业的基石, 也逐渐成为制药工程、环境工程等专业的重要课程, 是工程化教育实施过程中的核心环节之一[1]。通过该课程的学习, 学生应逐步树立工程观点, 并能应用化工热力学的理论解决化学工程中的实际问题。

然而, 在教学过程中却发现:面对《化工热力学》中那抽象的理论推导、满纸的数学符号、没完没了的数据、无穷无尽的计算, 很多学生在开始接触课程的时候就有畏难情绪;加上课程实用性不是很强和部分学生存在的专业思想有些偏颇等原因, 学生学习《化工热力学》的积极性不是很高, 教师的授课效果往往也不很理想[2]。因此该课程的教学就不单纯是“教”与“学”两个环节, 教师也就应该将情感沟通、专业思想教育、课程学习、实际应用和适宜的考核方式等手段有机结合起来, 内外并举, 提高学生学习的积极性, 使得整个教学活动取得预期效果。

1 寓情于教

情感沟通是架起“教”与“学”的桥梁, 是整个教学活动的催化剂。教师好的言辞和优雅的举止, 会激起学生对教师的亲近和对所教学科的兴趣和爱好;主动与学生沟通、爱护学生、热心帮助学生解决课内和课外的一些困难, 会使教师拥有较大的亲和力, 有助于拉近师生距离, 间接的提高学生学习的积极性;以公平、耐心、豁达的态度对待学生, 建立和谐的教学氛围, 有利于引导学生努力学习、激发学生学习兴趣。因此, 要求教师言辞举止大方, 对学生态度和蔼, 与学生真正建立起朋友式的师生关系。

1.1 教学环节

课堂教学的目的是:充分调动学生学习的积极性, 提高教学效果, 利用有限的学时, 使学生掌握尽可能多的理论知识, 同时, 对学生进行多种能力的培养与锻炼。

(1) 因材施教

教学活动不是一成不变的教书过程, 而是一项错综复杂的系统工程, 要求教师在备课时不仅要备教材、备大纲, 更重要的是备学生, 在充分了解学生的基础知识、专业背景等先决条件等基础上, 确定教材和重点章节, 并根据学生在学习过程中反馈给教师的各种信息 (如学生的感知能力、理解能力等) 对教学内容予以适当的调整, 做到因专业施教和因学生施教。选择合适的教学内容、合理的课程结构和适当的教学难度是保持学生具有较高学习兴趣和提高教学效果的必要前提。

(2) 理清教学主线, 讲透内涵外延

化工热力学是理论性、逻辑性很强的课程, 课堂讲授时总会有计算公式众多、推导过程冗长的现象, 初学者往往会望而生畏。要改变这种现状, 重要的是解决两方面的问题:理清课程的主线和讲透概念的内涵和外延。

通观本科化工热力学, 不难发现, 该课程的一条主线就是G i b b s函数, 分别贯穿于化工热力学的三个基本应用领域:a平衡状态下的热力学性质计算;b平衡问题, 特别是相平衡与化学反应平衡;c过程进行的可行性分析和能量有效利用问题[3]。关于热力学性质计算中, G i b b s函数又直接与难度较大的逸度和活度系数的计算相关联;而对于平衡问题, 则必须满足系统的总Gibbs函数变化量为零的先决条件;对于能量有效利用问题, 有效功和理想功都可以看作是系统及其所处的环境状态条件下的Gibbs函数变化量。

有了清晰的课程主线, 就像是一棵树有了树干一样, 后面需要做的工作主要是如何让这棵树添枝加叶, 其中一个重要的环节就是要讲透概念的内涵和外延。比如教学中出现的理想气体状态方程、理想功、可逆传热等等, 在讲解这些概念的时候就不能局限于教材的定义, 而是要将数学中极限和无穷小等概念引入教学环节当中, 使得学生能够对这些基本概念的内涵和外延理解的较为深刻但又不感觉非常晦涩。学生一旦深刻理解了这些理想状态, 在面对实际过程的计算与评价等问题时, 自然就会感觉易于理解和掌握。

(3) 应用型教学

1.2 主动建立各学科之间的联系

笔者认为, 建立和其他学科的联系, 首先是要做好绪论部分的教学工作, 让学生懂得化工热力学和其他化工课程的联系以及该课程在整个化学工程领域中的地位和作用;有意识的将常用的设计过程、化工计算软件等介绍给学生, 通过这些讲解使他们知道化工热力学在实际工作中的作用;适时的将技术经济的知识渗透在教学过程中, 比如, 在讲述能量有效利用的时候, 可以将节能观念、经济效益分析的概念引入教学, 给化工热力学教学赋予实际应用的色彩。

1.3 教学和科研的结合

教学与科研是相辅相成的, 将科研与教学有机结合起来对提高教学质量会大有裨益。其结合方式值得进一步探索, 比如: (1) 从众多的科研项目中选取一些范例来介绍, 并从教师的科研中选取一部分较成熟的内容, 吸收一些学有余力的学生参与教师的科研工作。例如:结合精馏生产需要, 指导学生测定汽-液平衡数据, 要求学生用计算机建立模型和处理数据, 加强学生综合能力的培养; (2) 结合科研课题, 扩展学科应用范围。比如, 让学生参加液-液微萃取技术测定化合物辛醇-水分配系数、药物结合常数、蛋白结合性能等科研实验, 拓宽学生视野; (3) 开展专题讨论, 如化工节能、超临界流体技术等等, 锻炼独立查阅资料、筛选信息、组织语言的综合能力。总之, 科研实验具有新颖、实际、富有挑战性等特点, 让学生积极实践, 易于激发学生的学习兴趣。

1.4 培养工程意识

化工热力学是化学工程、化学工艺、医药化工等工程专业的技术基础课, 因此, 教师应该让学生了解专业、激发学生的专业兴趣、培养他们的工程意识, 为此, 在化工热力学教学中可以采取以下做法:

(1) 结合课程内容, 有针对性地介绍国内外化工专业的发展现状和未来, 为学生展示部分生产装置图片, 使学生对所学的专业有一个初步的了解, 力求在他们的头脑中能够形成一点工程概念; (2) 在教学过程中, 由浅入深的渗透解决实际问题与理论性问题的区别所在, 让学生了解解决工程问题不仅要有理论做支撑, 还要慎重考虑安全、环保、制造以及成本等诸多因素, 让学生自己有意识的培养全面分析问题的能力、综合运用各种知识的能力及从复杂事物中抓住主要矛盾的能力; (3) 组织学生进行生产实习, 让其在真实的生产环境中感受和体会所学专业特点, 使其今后学习更加具有针对性; (4) 有对比性的布置工程性质的习题, 让学生发挥主观能动性, 独立的查阅资料、筛选有用信息、选择计算方法以及进行必要的数据估算等, 让学生在实践中体会和掌握工程化的方法, 培养和强化学生的工程意识。

2 实践环节

为了改善教学效果, 除了建立全新的人才培养模式, 改革教学内容、教学方法和课程体系外, 有目的、有计划、有针对性地优化和改革实践教学体系无疑是—条有效的途径[4]。

化工热力学实践环节由必修实验、选修实验、综合实验、课外科技创新实验、生产实习、工程设计、毕业论文等几部分组成, 其中, 必修实验和选修实验目的在于掌握原理、锻炼技能, 要求学生分组、独立完成, 教师现场指导实验;综合性实验项目是通过学生与指导教师共同探讨确定实验方案及实验流程, 学生共同协作完成实验过程, 以达到培养学生科研方法和工程意识的目的;课外科技创新项目是为有余力等学生设置, 学生进入项目组与研究生及教师共同完成相应的实验内容, 旨在提高学生对所学知识的综合应用能力;生产实习环节是让学生实地感受所学专业特点、强化其工程意识的重要环节;工程设计是学生对所学知识的综合运用, 是对学习效果的阶段性考察, 其中的热力学计算部分由学生在教师的指导下独立上机完成, 并将计算结果应用于工程设计;如果学生对化工热力学颇感兴趣, 可以在本科设计阶段继续选择热力学方面的课题进行深入研究, 从而可以系统的完成选题、查阅资料、设计实验、测定数据、分析结果、撰写符合科技写作规范的毕业论文等全过程。整个实践性环节理论联系实际、由简单到综合、环环相扣、逐步深入, 学生在实践中能够得到实验技能的锻炼和综合能力的提高。

3 考核环节

谈及考核, 一般就是平时成绩和卷面成绩的加合, 但是, 这种做法经常会导致“一张考卷定乾坤”的局面, 也会出现“考试前临阵磨枪, 出考场烟消云散”的情况, 不利于学生对知识的掌握和运用, 也不能客观、全面的反馈教与学的相关信息。因此, 有必要对传统对考核方式作以调整, 可以尝试: (1) 以阶段测验取代批改大量的作业; (2) 建立和完善考试题库, 并主动与兄弟院校进行交流合作, 争取建立一套高效共享的化工热力学试题库, 促进学科发展和学术交流; (3) 实行教考分离; (4) 尝试口试和开卷考试, 提高学生对所学课程的实际应用能力; (5) 适当缩小卷面成绩比重, 将出勤、作业、阶段测验、专题报告、计算机应用等作为现在的平时成绩, 其比重要占到40%左右, 避免学生“只求卷面6 0分”的现象。这样, 可以敦促学生形成循序渐进的学习模式, 有效避免“考完就忘”的情况出现, 力求取得更好的教学效果。

4 结语

总之, 化工热力学是从化学工程的角度出发, 在原理和计算方法上指导各种化工过程的进行和优化, 是化工过程研究、开发与设计的理论基础。在化工热力学课程的教学改革中, 应该把学生摆在首要位置, 寓情于教、内外并举、多种教学策略联合使用, 激发学生学习的主动性和积极性, 丰富和深化教学内容, 在传道授业的同时培养学生的工程意识, 提高了化工热力学这门理论课程的教学质量, 为培养新型化工类复合人才奠定基础。

摘要：虽然《化工热力学》教学体系本身严谨而完整, 该课程在整个化学工程领域中的作用也是不言而喻, 但其教学效果却并不很理想。本文针对化工热力学教学过程中“教”与“学”的特点和教学过程中存在的问题, 提出在化工热力学教学过程中应该寓情于教、内外并举、多种教学策略联合使用, 激发学生学习的主动性和积极性, 进一步提高化工热力学课程的教学效果。

关键词：化工热力学,寓情于教